砂砾土地基动力击实特性的试验研究与数值模拟

论文摘要

动力击实法处理砂砾土地基是一种简易、经济、高效的加固处理方法,正被广泛的应用于地基工程处理,其应用范围越来越多的涉及到砂砾土地基土的加固。但对于砂砾土地基击实处理的理论尚不成熟,导致理论研究远远滞后于工程实际,且动力击实工程中的改善加固效果和击实参数的确定基本还是通过经验分析,因此有必要对动力击实作用下的砂砾土地基加固理论进行模型试验和数值分析研究。本文基于动力击实与集总参数理论分析,建立动力击实作用下的重锤冲击砂砾土地基有限元模型,并与动力击实作用后砂砾土地基的模型试验结果进行验证,从而改进动力击实的主要设计参数和加固效果的评价方法。主要取得了以下成果:（1）基于相似原则进行动力击实法的室内模型试验,研究了砂砾土地基在单点多次动力击实作用下的沉降量和孔隙率随击实次数的变化规律。室内试验结果表明:随着击实次数的增加,在第8击时孔隙水压力和沉降位移的变化曲线趋于稳定,单点动力击实所需次数与工程实际基本相符。（2）采用“集总参数法”计算了土体的沉降变形,分析动土压力、沉降变形及加速度等随时间变化而产生的三阶段（理想弹性,塑性,弹塑性阶段）的动力响应规律,对比质量-阻尼-弹簧模型（SMD模型）和质量-阻尼-滑片-弹簧模型（SMSD模型）在动力击实室内试验中的研究成果,结果表明SMSD模型可以更好地模拟动力击实的实际变形情况。（3）在德国A9高速公路砂砾土地基上进行了动力压实法的现场试验研究,试验结果表明:前8次动力击实作用的击实效果最为明显,而最后4次动力击实作用的沉降量之差小于3cm。随砂砾土地基的动力击实能量不断提高,150kN·m的动力击实密平均值为0.948,而在1200kN·m密室度平均值增加到了0.987。由此可将砂砾土路基的动力击实最佳次数控制在8次左右。（4）通过ABAQUS三维模拟对比分析了150kN·m和300kN·m两种能级下的重锤冲击地基土的动力击实响应特性,结果表明:同一动力击实能量下,重锤低落距的击实比轻锤高落距的改善效果更好。重锤底部半径在1.5m左右可以达到最佳加固效果,太小或太大的重锤半径反而会抑制其加固作用。前5次动力击实下的土体密室化已经完成了85%左右,第8击以后的孔隙率减小百分比基本不变,建议最佳击实次数控制在8次左右。最后,基于前人关于有效加固深度经验公式的总结和分析,结合室内模型试验、现场试验及数值模拟结果,综合考虑击实能级、含水量及土体特性参数的影响,提出改进后的有效加固深度计算公式:H=?RγdM2/3hN（1-ω）,与实测结果比较符合。

论文目录

摘要

abstract

1 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.2.1 动力击实的室内试验研究

1.2.2 动力击实的现场试验研究

1.2.3 动力击实的数值分析研究

1.3 本文研究内容

1.4 本文的研究创新点

2 动力击实的室内模型试验

2.1 概述

2.2 土样及室内模型试验方案

2.2.1 试验装置的设计

2.2.2 试验器材的准备

2.2.3 试验土样的制作

2.2.4 试验具体步骤

2.3 室内模型试验结果及剖析

2.3.1 试验结果的规律分析

2.3.2 试验结果的影响因素

2.4 本章小结

3 动力击实的集总参数分析模型

3.1 概述

3.2 集总参数模型简介

3.3 动力击实的集总参数法分析

3.3.1 模型假设

3.3.2 输入参数

3.3.3 弹簧-质量-阻尼器模型分析（SMD）

3.3.4 弹簧-质量-滑块-阻尼器模型分析（SMSD）

3.4 集总参数法结果及其分析

3.4.1 SMD模型结果及其分析

3.4.2 SMSD模型结果及其分析

3.5 本章小结

4 动力击实的现场试验

4.1 概述

4.2 现场试验概况

4.2.1 场地概况

4.2.2 工程地质条件

4.2.3 试验参数设计

4.3 现场试验方案

4.4 现场试验结果及其分析

4.4.1 动力击实下的沉降变形分析

4.4.2 动力击实下的击实度分析

4.5 本章小结

5 动力击实的数值模拟

5.1 概述

5.2 ABAQUS模型的建立

5.2.1 本构模型及材料参数选取

5.2.2 数值模型动力参数的选取

5.2.3 有限元模型及边界类型确定

5.3 ABAQUS模拟结果及其分析

5.3.1 单点动力击实的应力变化规律

5.3.2 单点动力击实的位移变化规律

5.3.3 单点动力击实的孔隙率变化规律

5.3.4 单点最佳动力击实次数的确定

5.4 动力击实下的土体特性研究

5.4.1 动力击实下的土体振动速度分析

5.4.2 动力击实下的土体振动加速度分析

5.5 动力击实有效加固深度的探讨

5.5.1 有效加固深度的影响因素

5.5.2 有效加固深度的判定准则

5.5.3 有效加固深度的公式修正

5.6 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 夏晶锋

导师: 曹卫平,郑建国

关键词: 动力击实,集总参数模型,土结构相互作用,有效加固深度,数值分析

来源: 西安建筑科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 地质学,建筑科学与工程

单位: 西安建筑科技大学

分类号: TU435

DOI: 10.27393/d.cnki.gxazu.2019.000716

总页数: 90

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